Dispositivos de Entrada-Salida - cs.uns.edu.arags/OC/downloads/APUNTES DE TEORÍA/Han… · Organización de Computadoras - Mg. A. G. Stankevicius 5 Módulos de E/S Cada módulo de

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Módulo 11Módulo 11Dispositivos deDispositivos deEntrada-SalidaEntrada-Salida

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ContenidosContenidosEl rol de los módulos de E/S

Estructura interna de un módulo de E/S

E/S programada

E/S con interrupciones

E/S con acceso directo a memoria

Almacenamiento rotacional y de estado sólido

Niveles de RAID


Dispositivos de E/SDispositivos de E/S


Módulos de E/SMódulos de E/SCada módulo de E/S se conecta al busdel sistema y controla uno o más dispositivos

Los módulos de E/S no son sólo un conjuntode pines y conectores, contienen en realidaduna cierta “inteligencia”, como para podercomunicar al dispositivo con la computadora

Si tenemos en cuenta que existe una amplia variedad de dispositivos, cada uno con su método particular de interacción, no es nada práctico tener que incorporar toda esa lógicaen el propio procesador


Módulos de E/SMódulos de E/SMás aún, como la tasa de transferenciade datos de los dispositivos es bastantemenor que la de acceso a la memoria ola de procesamiento del propio procesador, tampoco resulta práctico hacer uso del veloz bus del sistema para comunicarse de manera directa con los dispositivos

Por último, los dispositivos pueden emplear formatos de datos y/o longitudes de palabra diferentes a los adoptados por la computadora


Módulos de E/SMódulos de E/STodas estas razones justifican la incorporación de los módulos de E/S

Se impone entonces la siguiente pregunta:¿qué constituye un módulo de E/S

Un módulo de E/S es una interfaz que brindaacceso al CPU y/o a la memoria principal,a partir de la utilización del bus de sistema oen ocasiones de un conmutador central

Un mismo módulo de E/S puede servir de interfaza uno o más dispositivos


Módulos de E/SMódulos de E/S


Taxonomía de dispositivosTaxonomía de dispositivosLos dispositivos externos se pueden clasificar de la siguiente manera:

De interacción con humanos: posibilitanla comunicación con el usuario de la computadora,(por caso, el monitor, el teclado, etc.)

De interacción con máquinas: posibilitanla comunicación con otros componentesde la computadora (por caso, discos rígidos,lectoras de CDs y DVDs, etc.)

De comunicación: posibilitan la comunicacióncon dispositivos remotos (por caso, placas de red)


Estructura de un móduloEstructura de un módulo


Estructura de un móduloEstructura de un móduloUn módulo genérico está constituido porlos siguiente componentes:

Las señales de control, las cuales determinanla acción que llevará a cabo el dispositivo(por caso, enviar o recibir información, etc.)

Los bits de datos, esto es, el conjunto de bits a ser enviados/recibidos hacia/desde el módulo de E/S

Las señales de estado, las cuales indican el estadodel dispositivo (por caso, READY o BUSY)


Estructura de un móduloEstructura de un móduloContinúa:

La lógica de control asociada al dispositivo, la cual controla la operación del dispositivo en respuestaa las directivas del módulo de E/S

El transductor, el cual convierte los datos binariosen formato eléctrico a otros formatos durante la salida y de los otros formatos a la forma binaria eléctrica durante la entrada

El buffer asociado al transductor, el cual mantienede manera temporaria los datos que se están enviando/recibiendo hasta que sean procesados


Dispositivos y sus velocidadesDispositivos y sus velocidades

http://en.wikipedia.org/wiki/List_of_device_bit_rates

http://en.wikipedia.org/wiki/List_of_device_bit_rates


ResponsabilidadesResponsabilidadesLas principales funciones y tareas de las cuales todo módulo de E/S debe hacerse cargo sonlas siguientes:

Control y temporizado

Comunicación con el procesador

Comunicación con los dispositivos

Almacenamiento temporario de datos (buffering)

Detección de errores


ResponsabilidadesResponsabilidadesUn módulo de E/S puede resultar transparente o no al CPU, en función de si oculta o bien revela las características de los dispositivosa los cuales brinda acceso

De manera análoga, un módulo de E/S puede hacerse cargo del control del funcionamiento del dispositivo, o bien delegar esa responsabilidad en el propio CPU

Al módulo de E/S también a veces se lo conoce como canal de E/S o procesador de E/S


Operación prototípicaOperación prototípicaLa transferencia de datos desde un dispositivo externo podría involucrar los siguientes pasos:

El procesador interroga al módulo de E/S para comprobar el estado del dispositivo

El módulo de E/S señaliza el estado del dispositivo

Si el dispositivo está preparado para transmitir,el procesador solicita la transferencia de datos

El módulo de E/S obtiene los datos del dispositivo

Los datos son puestos por el módulo de E/S a disposición del procesador


E/S programadaE/S programadaSi algo se le puede criticar a esta operatoriaes que el CPU parece quedar en todo momento atado al dispositivo de E/S

Si la velocidad del dispositivo es inferior ala del procesador, estaremos desperdiciando capacidad de cómputo al quedar a la espera de queel dispositivo termine de resolver la última solicitud

Este tipo de implementación se la denominaE/S programada, ya que el procesador ejecutaun programa que controla directamenteal módulo de E/S (y por ende al dispositivo)


E/S programadaE/S programadaBajo esta modalidad de entrada/salida,el procesador realiza las siguientes tareas:

Sensa el estado del módulo

Envía los comandos de lectura/escritura

Transfiere desde/hacia el módulo los datos

El procesador, al estar supervisando la tarea, debe esperar a que módulo y dispositivo completen el último requerimiento

Se dice que el procesador realiza un “busy waiting” (es decir, una “espera ocupada”).


E/S programadaE/S programadaAnalicemos en detalle la implementaciónde la operatoria “busy waiting”:

El CPU solicita una operación de E/S

El módulo de E/S efectúa la operación

El módulo de E/S activa los bitsde estado de manera acorde

El CPU monitorea periódicamenteesos bits de estado

El módulo de E/S no puede informaral CPU de forma directa. (¿por qué?)


Comandos de entrada/salidaComandos de entrada/salidaEl CPU para enviar un comando de E/S aun cierto módulo debe suministrar su dirección

Esta dirección identifica unívocamente al módulode E/S (y al dispositivo en caso de haber más de uno)

Una vez identificado, el CPU envía el comando

Puede ser de control, indicándole al módulo qué hacer (por caso, encender el láser de una grabadora), o bien una consulta acerca del estado (por caso, se produjo algún error al realizar la última orden), o si no, una orden de lectura/escritura, instruyendo al móduloque transfiera los datos del buffer al dispositivo


Direccionamiento de dispositivosDireccionamiento de dispositivosBajo una E/S programada la transferenciade datos es muy parecida a un accesos a memoria: las instrucciones de E/S que el procesador trae de memoria durante su ciclo básico de ejecución se van mapeando en comandos de E/S

Cada dispositivo cuenta con un identificador único

Los instrucciones del CPU contienen ese identificador como argumento (el cual en esencia es una dirección de memoria)


Direccionamiento de dispositivosDireccionamiento de dispositivosA la hora de direccionar a un dispositivo de E/S, se han ensayado principalmente dos variantes

Una posibilidad es hacer uso de una E/S mapeada en memoria principal, es decir,que los dispositivos y la memoria compartanel mismo espacio de direccionamiento

La E/S es indistinguible de un acceso convencionala memoria (por caso, la E/S en la OCUNS)

Como ventaja esto implica que no hace falta contar con instrucciones especiales para E/S


Direccionamiento de dispositivosDireccionamiento de dispositivosLa segunda alternativa consiste en aislarel espacio de direccionamiento para E/S

En otras palabras, el espacio de direccionamientode la memoria principal es independiente del espaciode direccionamiento de los dispositivos de E/S

Nótese que esto implica contar con líneas adicionales (es decir, más pines en el CPU) para poder hacer referencia a esos objetos

A su vez, hace falta contar con instrucciones específicas para E/S, distintas de las anterioresde acceso a memoria


EjemploEjemplo


Concepto de interrupciónConcepto de interrupciónLa interrupción es un mecanismo que permite indicarle al procesador que se produjoun evento que requiere atención inmediata

Para poder atender este evento es necesario interrumpir la ejecución del programa en curso

El estado del programa en ejecución debe ser guardado para poder ser retomado posteriormente

Al producirse una interrupción se ejecuta usualmente un pequeño programa de propósito específico ala interrupción actual denominado manejadorde la interrupción (interruption handler)


Concepto de interrupciónConcepto de interrupciónLas interrupciones fueron concebidas para atender principalmente excepción aritméticasy señalizar eventos de tiempo real

Con el paso del tiempo, la alta flexibilidadque brinda este mecanismo permitió quese lo aplique a otras situaciones, tales como:

Comunicación con dispositivos de E/S

Invocación de servicios del sistema operativo

Resolución de los faltantes de páginas (page faults)


TaxonomíaTaxonomíaLas interrupciones se pueden clasificarde acuerdo a las siguientes dimensiones:

Sincrónicas vs. asincrónicas

Solicitadas por el usuario vs. forzadas

Enmascarables vs. no enmascarables

Entre instrucciones vs. intra-instrucciones

Recuperable vs. insalvable


Atención de una interrupciónAtención de una interrupciónA continuación repasaremos los pasos que se llevan adelante para atender una interrupción generada por un dispositivo de E/S:

1) Un cierto dispositivo señaliza un interrupción

2) El procesador finaliza la ejecución de la instrucción en curso (esto hace más fácil guardar el contexto)

3) El procesador antes de ejecutar la próxima instrucción revisa si se produjo una interrupción;al detectar que hubo una, envía una señal de ACKal dispositivo para informarle que ya puede bajarla señal de interrupción


Atención de una interrupciónAtención de una interrupciónContinúa:

4) El procesador se prepara para transferir el controlal manejador; para esto guarda en la pila del sistemala palabra de estado del procesador y la direcciónde la próxima instrucción a ser ejecutada

5) Apelando al mecanismo del cual se disponga en la arquitectura, se determina la dirección de comienzo de la rutina que manejará la interrupción

6) Esta rutina suele comenzar por guardar en la piladel sistema los distintos registros que van a ser modificados durante la atención de la interrupción


Atención de una interrupciónAtención de una interrupciónContinúa:

7) El manejador lleva adelante todas las accionesque requiera para completar la atenciónde la interrupción en curso

8) Al terminar la atención de la interrupción, se procede a restaurar los valores de los registros que fueran oportunamente guardados en la pila del sistema

9) Finalmente, se restaura la palabra de estado del procesador y la dirección de la próxima instruccióna ser ejecutada (es decir, continua la ejecucióndel programa interrumpido al principio)


E/S con interrupcionesE/S con interrupcionesLa E/S con interrupciones fue concebidacomo una alternativa superadora ala E/S programada

La clave de este tipo de E/S consiste en evitarque el CPU entre en el “busy waiting”

A tal efecto, la idea es que el CPU envíe un comando de E/S para inmediatamente dedicarse a atender otros asuntos y recién cuando el comando de E/S finalice su ejecución se interrumpirá al CPU para anoticiarlo de la novedad


E/S con interrupcionesE/S con interrupcionesLa operatoria básica de una E/S con interrupciones abarca las siguientes etapas:

El CPU envía un comando, por caso un READ

El módulo de E/S procede a leer los datos desdeel dispositivo mientras el CPU atiende otros asuntos

Una vez finalizada la operación, el módulo de E/S interrumpe al CPU

El CPU solicita los datos obtenidos del dispositivo

El módulo de E/S finalmente pone a disposicióndel procesador estos datos


E/S con interrupcionesE/S con interrupcionesLa E/S con interrupciones constituye sin duda una mejora por sobre la E/S programada

El CPU no está más “atado” al dispositivo de E/S, ya que entre el envío de un comando y la recepción de los datos queda libre para atender a otros procesos

No obstante, el CPU sigue interviniendo enla transferencia de la totalidad de los bytes enviados/recibidos

Más aún, cada vez que se interrumpe al CPU se debe llevar adelante un costoso cambio de contexto


E/S con interrupcionesE/S con interrupcionesLa implementación de la E/S con interrupciones plantea un conjunto de desafíos específicos:

¿Cómo identificar qué módulo de E/S produjola interrupción?

¿Cómo se debe actuar ante la presenciade interrupciones simultáneas?

¿Cómo se debe actuar ante la presencia de interrupciones anidadas? (esto es, que se produzca una nueva interrupción mientras todavía se está atendiendo a la anterior)


¿Quién interrumpió¿Quién interrumpió??Para determinar qué modulo interrumpió al CPU se puede hacer uso de múltiples señalesde interrupción, una para cada dispositivo

Claro está, la cantidad de señales que entran y salen del CPU están acotadas, por ende, esta técnicasólo permitiría usar una cantidad limitadade dispositivos

Otra posibilidad es hacer polling (interrogación), es decir que el CPU consulte a los módulosde E/S en un determinado orden hastadar con el que produjo la interrupción


¿Quién interrumpió¿Quién interrumpió??Una alternativa más eficiente es hacer uso dela técnica daisy chain (“corona de margaritas”, o también “conexión encadenada”)

Los módulos de E/S comparten una línea comúnpara solicitar interrupciones

La línea de reconocimiento (ACK) se conecta encadenando los módulos

El módulo que interrumpe debe poner su vectoren el bus del sistema

El CPU usa este vector para identificar al dispositivo que produjo la interrupción


¿Quién interrumpió¿Quién interrumpió??


¿Quién interrumpió¿Quién interrumpió??Finalmente, otra posibilidad para identificaral módulo de E/S que produjo la interrupciónes hacer uso de la técnica de bus master (arbitraje del bus)

El módulo de E/S que desea interrumpir al CPU debe primero reclamar como suyo al bus antes de poder levantar la señal de interrupción (por ende, no habrá duda acerca de quién fue el que interrumpió)

Esta política es utilizada de manera satisfactoria porla tecnología para bus de sistema denominada PCIy su evolución PCI-Express


Interrupciones simultáneasInterrupciones simultáneasLa otra cuestión que resta resolver es qué hacer cuando se produzcan más de una interrupción en simultáneo

Existen dos alternativas, a saber:

Se puede resolver la aparición de una interrupciónen simultáneo apelando a prioridades a nivelde hardware o de software

Alternativamente, se puede impedir que se produzca la interrupción en simultáneo


Interrupciones simultáneasInterrupciones simultáneasUn ejemplo de la primera política es quecada línea de interrupción tenga asociadauna prioridad

La idea es que las líneas de mayor prioridadse atiendan antes que las de menor prioridad

En caso de usar polling, la interrupciónen simultáneo queda resuelta a partirdel ordenamiento impuesto por el indagado

Es decir, se resuelve vía software


Interrupciones simultáneasInterrupciones simultáneasOtra posibilidad es usar daisy-chaining, resolviendo la interrupción en simultáneoa partir del encadenado de los dispositivos

Es decir, se resuelve vía hardware

Finalmente, un ejemplo de la segunda política es usar la técnica de bus master, dónde únicamente el módulo que se adueñedel bus podrá interrumpir

En otras palabras, es imposible que se produzcan interrupciones en simultáneo


E/S con DMAE/S con DMALa E/S con interrupciones parece mejorarel desempeño por sobre la E/S programada,si bien también se paga un costo oculto:

La E/S programada alcanza una elevada tasade transferencia a instancias de mantener cautivoal CPU, el cual no podrá atender otros requerimientos

La E/S con interrupciones libera al procesadorde ese uso exclusivo, pero sacrificando parte dela tasa de transferencia, pues cada byte leído tiene que pasar por las manos del CPU, lo que a su vezrequiere de un costoso cambio de contexto


E/S con DMAE/S con DMAPara capitalizar lo mejor de los dos escenarios se concibió la técnica de E/S con DMA (Direct Memory Access)

Esta técnica consiste en agregar un módulo DMAal bus del sistema el cual asume la responsabilidadde gestionar la E/S

Este módulo debe usar el bus sólo cuando el CPUno lo esté usando o bien debe forzar al CPU aque difiera temporalmente su uso

Esta última variante es la más frecuente y sela denomina cycle stealing (robo de ciclos)


Diagrama del módulo DMADiagrama del módulo DMASy

stem

I/O

Mem

ory

Bu

s

Memory & I/O


Operatoria del módulo DMAOperatoria del módulo DMAEl CPU informa al módulo DMA:

Tipo de operación (READ/WRITE)

Dirección del dispositivo

Dirección de memoria de comienzo

Cantidad de información a transferir

Luego, el CPU trabaja en otra cosa

El módulo DMA se encarga de la transferencia(una palabra a la vez) desde o hacia memoria

Por último, el módulo DMA interrumpe al CPU


Robo de ciclosRobo de ciclosPara transferir cada dato, el módulo DMA debe tomar el bus por un ciclo

Transfiere de a una palabra por vez

No se trata de una interrupción:

El CPU no hace cambio de contexto, etc.

El CPU se suspende justo antes de acceder al bus

Si bien esto ralentiza al CPU, no lo es tanto como cuando está a cargo de la E/S (esto es, bajo la E/S programa o con interrupciones)


Canales de E/SCanales de E/SLos dispositivos de E/S son cada vez más sofisticados y requieren mayores tasasde transferencia

La E/S con DMA parece ser la solución más adecuada, si bien el procesador todavía debe ser interrumpido una vez por cada bloquede datos transferido (al finalizar la misma)

Para poder mejorar el desempeño de la E/Scon DMA sólo resta hacer uso de procesadores de E/S de propósito específico


Canales de E/SCanales de E/SLos canales de E/S cuentan con la capacidadde ejecutar instrucciones de E/S

También se los conocen como procesadores de E/S

Los canales de E/S cuentan con un control completo sobre las operaciones de E/S

Por ejemplo, controladoras de video 3D

La intención es que el CPU instruya al canalde E/S para hacer una transferencia y el canal de E/S realice la totalidad de la misma


Almacenamiento rotativoAlmacenamiento rotativoEl almacenamiento rotativo ha sido desdelos albores de la computación la tecnologíade memoria secundaria por excelencia

Es lo que conocemos vulgarmente como disco rígido,o también como HDD (Hard Disk Drive)

Está compuesto por uno o más superficies circulares denominadas platos los cuales giran a alta velocidad

Cuenta con múltiples cabezas de lecto-escritura,usualmente una para cada cara de los platos

La información se almacena en pistas circulares concéntricas


Discos rígidosDiscos rígidos


Discos rígidosDiscos rígidosEl disco rígido es un medio de almacenamiento de información electromagnético

Los platos están recubiertos de un fino sustrato ferromagnético, al estilo del utilizado en los viejoscassettes de audio y en los disquettes flexibles

El cabezal de lecto-escritura magnetiza el sustratoen distintas direcciones en función de si se está almacenando un cero o un uno

Para leer la información almacenada se procedeen sentido inverso, el cabezal va detectandoel cambio en la dirección de la magnetización


Discos rígidosDiscos rígidosParámetros a tener en cuenta al elegirun disco rígido:

Costo

Capacidad

Desempeño

El costo de un disco rígido resulta directamente proporcional a los otros dos parámetros

Evidentemente un rígido de más tamaño tendráun mayor costo, lo mismo uno de mejor desempeño


Discos rígidosDiscos rígidosCon respecto a la capacidad, existen varios factores que afectan a este parámetro:

Tamaño de los platos: los platos vienen en múltiples tamaños, desde 8”, pasando por 5¼” y 3½”, hastalos mas pequeños, aptos para notebooks, de 2½”

Cantidad de platos: se puede incrementarla capacidad de un disco rígido incorporando platos adicionales, lo cual incurrirá en un costo adicional

Densidad de la información: al disminuir la distancia entre los bits almacenados es posible aumentarla cantidad de información


Discos rígidosDiscos rígidosCon el objeto de incrementar la densidad dela información es necesario que el cabezalesté lo más cerca posible del plato

El disco rígido saca provecho de la corriente de aire que genera la rotación del plato, dejando quela cabeza flote a escasos 3 nanómetros del plato


Discos rígidosDiscos rígidosFinalmente, también hay varios aspectos para tener en cuenta en relación al desempeño:

Tiempo promedio de búsqueda (seek time): esel tiempo que le toma al disco posicionar el cabezalen la pista conteniendo la información buscada

Tiempo promedio de latencia rotacional: esel tiempo que le toma al disco desde que el cabezal se posiciona en la pista correcta hasta que el dato deseado pasa por debajo del mismo

Tiempo de transferencia: es el tiempo que insumela transferencia de la información propiamente dicha


Discos rígidosDiscos rígidosEl tiempo promedio de búsqueda se ve afectado por los siguientes factores:

Tecnología del disco: distintos factores tecnológicos como el peso del cabezal o la potencia del motorque mueve al brazo actuador también afectanel tiempo promedio de búsqueda

Cantidad de platos: a menor cantidad de platos, menos cabezales y por ende el brazo actuadorresulta más liviano y más ágil

Tamaño de los platos: a menor tamaño de platoel cabezal debe recorrer menor distancia


Discos rígidosDiscos rígidosEl tiempo promedio de latencia rotacional se ve afectado por los siguientes factores:

Velocidad de rotación de los platos: cuanto más rápido gire el plato más rápido llegará la información a posicionarse bajo el cabezal de lecto/escritura

Organización de la información en cada pista:la técnica de interleaving posibilita optimizarel acceso secuencial a la información contenidaen una pista de forma que una vez concluidala lectura de una parte la siguiente justose posicione debajo del cabezal


Discos rígidosDiscos rígidosEl tiempo de transferencia de la información depende de los siguientes factores:

Velocidad de rotación de los platos: a mayor velocidad de rotación, más rápidamente pasa la informaciónpor debajo del cabezal

Densidad de la información: si la información está almacenada de manera más compacta, a una misma velocidad de rotación se logra mejorar la tasade transferencia


Tiempo de acceso promedioTiempo de acceso promedioEn síntesis, el tiempo de acceso promedio es:

Taccess

= Tseek

+ Tlatency

+ Ttransfer

Tseek

mide el tiempo que le toma al cabezal para recorrer la mitad de las pistas

Tlatency

mide el tiempo que le toma a un platoen dar media vuelta

Ttransfer

mide el tiempo que tarda el cabezal en leerla cantidad mínima de información (un sector)


Tiempo de acceso promedioTiempo de acceso promedioLos discos rígidos apelan a otras técnicas adicionales para mejorar su desempeño promedio:

Hacen uso de un almacenamiento intermedio tipo memoria cache, posibilitando cancelar en parteel impacto del retardo de búsqueda y de la latencia rotacional. A mayor cantidad de cache, mejor desempeño promedio

También suelen implementar alguna técnica de preposicionamiento, con el objeto de anticiparseal próximo requerimiento por parte del procesador


Organización físicaOrganización físicaLa organización física de la informaciónen un disco rígido responde a su estructura:

La información se almacena en un conjunto de pistas, ubicadas en las distintas caras de los platos

Cada pista contiene una cantidad variablede sectores, con las pistas exteriores almacenandomás sectores que las interiores

Cada sector solía almacenar exactamente 512 bytes, si bien en la actualidad se ha migrando haciaun tamaño de sector mayor (4096 bytes)


Organización lógicaOrganización lógicaLa organización lógica de la información estandariza el acceso al contenido:

La técnica LBA (Logical Block Addressing) permite acceder al conjunto de sectores que componenun cierto disco rígido sin conocer su geometría(esto es, su configuración en platos, pistas y sectores)

El conjunto de sectores se direcciona como sise tratara de un arreglo, dejando que la electrónicainterna al disco se encargue de traducir estas referencias lineales en las correspondientes referencias tridimensionales


Discos de estado sólidoDiscos de estado sólidoEn los últimos años el nivel de integración de las memorias de tipo flash ha permitido que éstas alcancen en capacidad a los discos rígidos

En consecuencia, comenzaron a apareceren el mercado los denominados discosde estado sólido (SSD)

Un SSD se asemeja externamente a un disco rígido convencional, pero internamente se asemeja mása un pendrive o incluso a una memoria RAM persistente


Discos de estado sólidoDiscos de estado sólido


Discos de estado sólidoDiscos de estado sólidoVentajas de los SSDs:

Al no contar con partes móviles, se elimina el tiempo de búsqueda y la latencia rotacional, redundando en una mejora notable del tiempo de acceso promedio

Por esta misma razón reducen significativamenteel consumo de electricidad, lo que implica un mayor tiempo de vida de la batería en las portátiles

Generan menos calor dentro de la computadora

Toleran mucho mejor los golpes, ya que no cuentacon múltiples cabezales flotando en proximidada la superficie de uno o más platos


Discos de estado sólidoDiscos de estado sólidoVentajas de los SSDs:

Resultan inmunes a la fragmentación, un problema que acucia a la mayoría de los sistemas de archivos

Son absolutamente silenciosos. Es increíble el nivelde contaminación sonora producto de los discos rígidos con el que convivimos a diario

La ausencia de partes móviles también los torna inmunes a las fallas mecánicas, es decir, este tipode almacenamiento parecería ser más confiable

La información almacenada no se altera en presencia de campos magnéticos


Discos de estado sólidoDiscos de estado sólidoDesventajas de los SSDs:

El costo por terabyte es superior (alrededor de tres veces más caro, unos $40 contra $120 por TB)

En consecuencia, la capacidad de estos discos puede ser más escasa que en los discos convencionales

Las escrituras son en bloque, es decir, no se puede alterar sólo un bit o sólo un byte, por lo que resultan más lentas que las lecturas

Finalmente, cada bloque de datos puede ser reescrito una cantidad acotada de veces (de 3.000 a 100.000 veces), luego de lo cual el bloque no se borra más


Discos híbridosDiscos híbridosRecientemente apareció un tercer tipo de dispositivo de almacenamiento: el dísco híbrido

También se lo conoce como SSHD por su sigla en inglés, Solid State Hybrid Drive

Un disco híbrido está mitad de camino entre los SSD y los HDD: se trata de un disco convencional complementado por una cache muy generosa implementada con una memoria flash

Naturalmente, tanto costo como desempeño estarána mitad de camino


RAIDRAIDComo vimos la mejora en los mecanismosde E/S no siempre se ve acompañada deuna mejora en la tecnología de los dispositivos

En este sentido, una técnica que permite mejorar el desempeño de los dispositivosde almacenamiento es la técnica de RAID (Redundant Array of Independent Disks)

La clave radica en combinar múltiples discos haciendo uso de adecuados canales de E/S con el objetode mejorar los parámetros de desempeño


RAIDRAIDExisten siete variantes de esta técnica, cada una con sus propias características:

RAID 0 (striping de bloque sin paridad)

RAID 1 (mirroring)

RAID 2 (striping de bit con paridad tipo Hamming)

RAID 3 (striping de bytes con paridad dedicada)

RAID 4 (striping de bloques con paridad dedicada)

RAID 5 (striping de bloques con paridad distribuida)

RAID 6 (striping de bloques con doble paridad)


RAIDRAIDTodos los esquemas de RAID compartenun conjunto de características en común:

Las unidades físicas son consideradas por el sistema operativo como una única unidad lógica

Los bits de los datos se distribuyen a través delas distintas unidades físicas

En los discos redundantes se almacena informaciónde paridad la cual posibilita la recuperación de datos ante alguna falla


RAID 0RAID 0Características:

No maneja redundancia (se puede argumentarque no califica como un esquema RAID)

Los datos son organizados en tiras de datos (stripes)a través de los discos disponibles (stripe set)

Este esquema disminuye el tiempo de acceso promedio, pues ante cada acceso se está aprovechando la tasa de transferenciade múltiples canales, de haberlos

Permite usar la totalidad del espacio disponible inicialmente


RAID 0RAID 0



La idea es que múltiples discos contenganuna imagen especular de los datos almacenados

Los datos deben ser escritos en todos los discos,si bien las lecturas se pueden resolver a partirde cualquiera de ellos

La recuperación ante fallos es simple, si una unidad falla se puede continuar trabajando con las restantes

Para n discos, permite usar a lo sumo 1 / ndel espacio disponible inicialmente



Los discos deben operar sincronizados (esto es, consus cabezales de lecto-escritura en la misma pista)

Los datos se almacenan en cadenas muy cortas (incluso de a un byte o de a una palabra)

Se hace uso de varios discos de paridad, los cuales almacenan un código Hamming de los datos

Es el único esquema que actualmente no se utiliza

Permite alcanzar altas tasas de lectura, análogasa las observadas bajo RAID 0


RAID 0, 1 y 2RAID 0, 1 y 2



En líneas generales es análogo a RAID 2

Utiliza un único disco redundante

En lugar de usar Hamming, utiliza bits de paridad calculados sobre los bits que ocupan la misma posición de todos los discos

En caso de fallar algún disco, se accede ala información faltante usando los bits de paridad

No permite resolver pedidos simultáneos, pues cada operación requiera actividad en todos los discos



Permite el acceso independiente a los discos

Las peticiones de E/S se atienden en paralelo

Hace uso de tiras de mayor tamaño

Se calcula la paridad a partir de los bits de una tiraen cada disco y se almacena en la correspondiente tira en el disco de paridad

Una escritura de un dato en una tira implica dos lecturas (tira de datos y paridad anterior) y dos escrituras (tira de datos y paridad nueva)


RAID 3 y 4RAID 3 y 4



Análogo a RAID 4, excepto que los bits de paridadse distribuyen en todos los discos disponibles(es decir, no usa un disco exclusivo para paridad)

Evita el cuello de botella que representa el disco conteniendo la paridad bajo RAID 4

En la actualidad es el esquema RAID más popular (tanto en a nivel de software como de hardware)

Al igual que bajo RAID 0, se puede hacer usode discos de distinto tamaño



Análogo a RAID 5

Utiliza dos bits de paridad, calculados por funciones distintas, almacenados en discos distintos (es decir, extiende a RAID 5 agregando otro bit de paridad)

Por ende, requiere de dos discos redundantes

Como particularidad es el único esquema que permite la recuperación de los datos aún cuando se produzca un segundo fallo durante el proceso de recuperación (este proceso de recuperación es producto de un fallo anterior al segundo fallo)


RAID 5 y 6RAID 5 y 6


RAID anidadoRAID anidadoLa técnica de RAID se puede anidar, aplicando una capa de RAID sobre otra capa de RAID

Por caso, el esquema RAID 10 (también llamado esquema RAID 1+0) implementa RAID 1 sobre múltiples arreglos de discos los que a su vez implementan RAID 0

Análogamente se puede concebir el esquemaRAID 0+1 (el cual no se lo denomina RAID 01para evitar las confusiones con el RAID 1) oel esquema RAID 5+0


¿¿Querés más?Querés más?Avances recientes:

La técnica de NAS (Network Attached Storage) surgió como respuesta a las limitaciones del acercamiento tradicional DAS (Direct-attached Storage)

Recientemente, la técnica de SAN (Storage Area Network) posibilitó tener acceso directo a cantidades ilimitadas de almacenamiento, sin pasar por un intermediario, como era el caso bajo NAS

Esta técnica se combina a la perfección con el advenimiento de la virtualización a todo nivelen las granjas de servidores


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